[发明专利]晶圆对准显微镜、光刻机、键合机及压印机

说明书

本发明公开了一种晶圆对准显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组，第一镜组将对准标记成像到无穷远，第二镜组将无穷远处的对准标记成像到无穷远，第二镜组把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；第三镜组分别接收第一、二光束，并将无穷远处的对准标记分别成像到两个图像传感器。采用晶圆对准显微镜可以消除对准系统光轴偏移的问题，从而达到与传统晶圆对准检测设备旋转晶圆相同的效果，可以高精度实现晶圆标记对准检测。

技术领域

本发明涉及半导体制造设备及工艺，尤其是一种用于接近接触式光刻机、晶圆键合机和晶圆级压印机的晶圆对准显微镜。

背景技术

光学对准系统是半导体制程中，特别是接近接触式曝光、晶圆键合、晶圆级压印中的关键技术之一。

传统光学对准系统，只有当光罩和晶圆上的标记点或被键合的两张待键合晶圆上的标记点，被配置在同一平面的时候，才能实现高精度的检测。如果光罩和晶圆之间或两张待键合晶圆之间被配置一定间距时，对准精度会大幅度降低。其主要原因是，光学对准系统不能同时清楚成像位于不同面的标记点，只能分别聚焦不同的标记点，这个聚焦过程，不可避免的会造成光学对准系统光轴的偏移，从而造成对准检测精度降低。

传统的晶圆对准检测设备，为了解决光学对准系统在聚焦于不同面标记点的过程中光轴偏移的问题，在测量过程中将旋转待测晶圆180°，分别记录旋转前后的标记点位置，并通过计算可以消除对准系统光轴偏移的问题。这种方法存在的问题是：需要较大的晶圆旋转空间；以及不能实时用于光刻机、键合机等生产设备。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种晶圆对准显微镜。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种晶圆对准显微镜，包括光学成像系统和图像传感器，通过光学成像系统把对晶圆上的对准标记成像到图像传感器，光学成像系统的成像主光轴垂直于晶圆表面，成像主光轴沿z方向延伸，晶圆表面沿x、y方向延伸，其特征在于：所述光学成像系统包括沿光束传播方向依次布置的第一镜组、第二镜组、第三镜组，所述图像传感器包括图像传感器a和图像传感器b；

所述第一镜组将对准标记成像到无穷远，从第一镜组射出的光束是沿不同方向的平行光；

所述第二镜组将无穷远处的对准标记成像到无穷远，射入和射出第二镜组的光束是沿不同方向的平行光；并且，第二镜组把经过光束分裂为第一光束和第二光束，从第二镜组射出的第一光束的x、y、z方向均不改变，从第二镜组射出的第二光束的z方向不变，x和y方向相反；

所述第三镜组包括透镜a和透镜b，透镜a接收第一光束，将无穷远处的对准标记成像到图像传感器a；透镜b接收第二光束，将无穷远处的对准标记成像到图像传感器b。

进一步的，所述第二镜组包括前透镜、第一反射镜、第一后透镜、相位延迟器、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第二后透镜，第一反射镜为半反半透镜，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜为全反射镜，第一镜组射出的光束经前透镜后，再经第一反射镜分成第一光束和第二光束，第一光束经过第一后透镜后，再经过相位延迟器补充光程，最后被透镜a接收，第二光束依次经过第二反射镜反射、第三反射镜反射、第四反射镜反射后，再经第二后透镜射出，被透镜b接收。

进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一xz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一yz平面。

进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜在同一yz平面，第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜在同一xz平面。

进一步的，所述第二镜组连接驱动机构a，通过驱动机构a使第二镜组沿z方向移动，进而调节第二镜组与第一镜组、第三镜组的距离。